乙醇直接噴射加汽油進氣道噴射點燃式發(fā)動機燃燒過程研究.pdf

1、乙醇是一個被廣泛地用來應對可持續(xù)性發(fā)展問題的替代燃料。與汽油相比，乙醇有著諸多優(yōu)點，包括較高的氣化潛熱、較大的辛烷值、更快的層流火焰速度、以及較小的當量空燃比。為了在點燃式發(fā)動機上比當前的E10或E85更加靈活高效地利用乙醇燃料，提出了乙醇直接噴射加汽油進氣道噴射（EDI+GPI：ethanol direct injection plus gasoline port injection）雙噴射概念，以便更加有效地利用乙醇燃料的優(yōu)點來增加

2、發(fā)動機壓縮比和熱效率，同時避免 EDI冷啟動困難等缺點。先前在一個單缸點燃式發(fā)動機上的實驗研究已經展現出了EDI+GPI對發(fā)動機性能的改善，并推測乙醇燃料的優(yōu)點起到了很大的作用，包括由于較大的汽化潛熱帶來的冷卻效應、較高的辛烷值帶來的抗爆震特性、以及較快的層流火焰速度帶來的高燃燒效率。本研究的目標是通過 CFD數值模擬、定容彈和發(fā)動機實驗來深入理解 EDI+GPI雙噴射發(fā)動機的混合氣形成和燃燒過程機理。對EDI+GPI發(fā)動機的噴霧燃燒過

3、程的透徹理解是十分重要的，這可以使得更加高效地在點燃式發(fā)動機上使用乙醇燃料，從而促進生物燃料的利用和保護環(huán)境。
　　首先，使用高速陰影法成像技術研究了多孔噴油器的乙醇和汽油燃料的噴霧和蒸發(fā)特性。實驗結果表明，當飽和蒸氣壓小于30 kPa時，噴霧可被視為非蒸發(fā)噴霧。乙醇在低溫環(huán)境下比汽油蒸發(fā)的更慢，但是當燃油溫度高于375 K時，它們達到了相似的蒸發(fā)速度。這意味著 EDI技術只應該在高溫發(fā)動機環(huán)境下使用。對于乙醇和汽油噴霧，當過熱度

4、小于4K時，其噴霧形態(tài)與過冷噴霧表現相似；過熱度為9K時，噴霧完全坍塌；直到過熱度達到14 K時，才發(fā)生閃急沸騰。燃油溫度不僅改變了噴霧蒸發(fā)模式，而且還改變了其油滴分裂機理。
　　然后，使用 CFD數值模擬研究了 EDI+GPI發(fā)動機的噴霧燃燒特性。模擬結果顯示，由于乙醇燃料在燃燒前的低溫環(huán)境中蒸發(fā)緩慢，EDI+GPI雙噴射系統的燃燒過程是一個典型的部分預混合燃燒。在0％至58%之間，EDI的整體冷卻效應隨著乙醇比例的增加而增大，

5、但進一步增加乙醇比例并不會增加整體冷卻效應。在乙醇比例高于58%后，會在燃燒過程中在燃燒室內留下大量未蒸發(fā)的乙醇液滴，燃油碰壁現象變得嚴重，導致在近壁區(qū)域產生局部過度冷卻，以及火花塞間隙處的混合氣變得過于稀薄等問題。其后果是產生不完全燃燒，從而使CO和HC排放增加。與GPI only相比，乙醇燃料較高的火焰速度使得EDI+GPI工況下的最大缸內壓力高于GPI only工況，從而產生了較高的功率輸出和熱效率。同時，缸內混合氣隨著乙醇比例的

6、增加而變稀。因此，當乙醇比例在0％-58％范圍內增加時，IMEP會隨之增加，而燃燒初始時間和主燃燒持續(xù)期降低。乙醇比例大于58％之后，燃燒性能會隨之惡化。實驗和數值計算結果表明，EDI+GPI發(fā)動機的冷卻效應、熱效率、和排放性能可以在40%-60％的乙醇比例范圍內達到最優(yōu)化。
　　最后，實驗研究了提高乙醇燃油溫度對改善EDI+GPI發(fā)動機排放性能的潛力。結果表明，隨著乙醇燃油溫度的升高，IMEP會隨之輕微地降低，但是HC和CO排放